一種電化學(xué)聚合表面處理碳纖維增強(qiáng)的pc復(fù)合材料的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高分子材料技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種電化學(xué)聚合表面處理碳纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料。
【背景技術(shù)】
[0002]聚碳酸酯(PC)是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性工程塑料，具有突出的抗沖擊性能，耐蠕變和尺寸穩(wěn)定性好，能在較高的溫度范圍內(nèi)保持較高的力學(xué)強(qiáng)度，無(wú)毒，介電性能優(yōu)良，是近年來(lái)增長(zhǎng)迅速最快和產(chǎn)能規(guī)模最大的工程塑料。但PC也存在一些缺陷，如加工性能較差，易應(yīng)力開(kāi)裂，缺口沖擊和低溫韌性差等，限制其應(yīng)用范圍。碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱等特性，屬典型的高新技術(shù)產(chǎn)品，主要用于制備先進(jìn)復(fù)合材料，已廣泛應(yīng)用于宇航、體育用品領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、交通運(yùn)輸領(lǐng)域及土木建筑領(lǐng)域。碳纖維可以作為增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料和改進(jìn)其力學(xué)性能的增強(qiáng)劑，但碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料時(shí)，要求有較高的層間剪切強(qiáng)度(ILSS)，而未經(jīng)表面處理的碳纖維表面呈惰性，比表面積小，邊緣活性碳原子少，活性官能團(tuán)含量極少，表面能低，和樹(shù)脂浸潤(rùn)性及兩相界面粘結(jié)性差，碳纖維與樹(shù)脂復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度較低，不能滿足其使用效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種電化學(xué)聚合表面處理碳纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種電化學(xué)聚合表面處理碳纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:PC樹(shù)脂50%?80%、碳纖維5%?20%、填料5%?15%、相容劑2%?4%、復(fù)合抗氧劑0.1%?0.5%、潤(rùn)滑劑0.5%?1.5%。
[0005]所述的PC樹(shù)脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/mol。
[0006]所述的碳纖維為表面經(jīng)電化學(xué)聚合法處理過(guò)的碳纖維，其處理工藝包括:以碳纖維作陽(yáng)極、不銹鋼板作陰極，電聚合液為初始陰離子濃度在0.2?3.0mol/L的苯乙烯馬來(lái)酸酐、甲基乙烯醚馬來(lái)酸酐、乙烯丙烯酸共聚物中的一種的銨鹽水溶液，溫度4°C?28°C，循環(huán)伏安電位在-0.8?0.3V，處理時(shí)間30?200分鐘，使碳纖維表面沉積形成一層聚合膜，并用水清洗和干燥后所得到的碳纖維。
[0007]所述的填料為有機(jī)蒙脫土、納米碳酸鈣、石滑粉、二氧化硅中的一種。
[0008]所述的相容劑為丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(AS-g-GMA)。
[0009]所述的復(fù)合抗氧劑為受阻酚類(lèi)抗氧劑1010與亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑168按質(zhì)量1:2比例的復(fù)配物。
[0010]所述的潤(rùn)滑劑為季戊四醇硬脂酸酯(PETS)、TAS-2A、TAF中的一種。
[0011]上述的一種電化學(xué)聚合表面處理碳纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(I)、將PC樹(shù)脂在鼓風(fēng)干燥機(jī)中于11 (TC?130°C溫度下干燥3?4小時(shí)，填料在60V?80°C下干燥30?45分鐘，待用； (2)、碳纖維表面處理:以碳纖維作陽(yáng)極、不銹鋼板作陰極，電聚合液為初始陰離子濃度在0.2?3.0mol/L的苯乙烯馬來(lái)酸酐、甲基乙烯醚馬來(lái)酸酐、乙烯丙烯酸共聚物中的一種的銨鹽水溶液，溫度4°C?28°C，循環(huán)伏安電位在-0.8?0.3V，處理時(shí)間30?200分鐘，使碳纖維表面沉積形成一層聚合膜，并用水清洗和干燥后，待用；
(3)、按重量配比稱(chēng)取干燥的PC樹(shù)脂和步驟(2)得到的表面經(jīng)電聚合法處理過(guò)的碳纖維，加入高速混合機(jī)，攪拌2?15分鐘，然后加入按重量配比稱(chēng)取的填料、相容劑、復(fù)合抗氧齊U、潤(rùn)滑劑，繼續(xù)混合5?30分鐘，使充分混合均勻后出料；
(4)、將步驟(3)的混合料加入雙螺桿擠出機(jī)中，在240°C?260°C下經(jīng)熔融混煉擠出、冷卻造粒，即得成品。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明先采用電化學(xué)聚合法表面處理碳纖維，不僅能夠極大地提高碳纖維的表面浸潤(rùn)性能和反應(yīng)性，而且處理?xiàng)l件溫和而易于控制，再用于增強(qiáng)PC復(fù)合材料的黏結(jié)性好、層間剪切強(qiáng)度高，從而顯著增加碳纖維增強(qiáng)PC復(fù)合材料的力學(xué)性能，具有高比強(qiáng)度、高比模量、高結(jié)晶取向度等性能，而且導(dǎo)電性能好，結(jié)構(gòu)致密，在汽車(chē)、化工、機(jī)械、電氣、建筑等領(lǐng)域具有非常廣泛應(yīng)用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0014]實(shí)施例1:
一種電化學(xué)聚合表面處理碳纖維增強(qiáng)的PC復(fù)合材料，其組分按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)配比為:PC樹(shù)脂76%、碳纖維10%、有機(jī)蒙脫土 10%、丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(AS-g-GMA) 3%、受阻酚類(lèi)抗氧劑1010與亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑168按質(zhì)量1:2比例的復(fù)配物0.3%、季戊四醇硬脂酸酯(PETS)0.7%。其中，所述的PC樹(shù)脂為雙酚A型芳香族聚碳酸酯，重均分子量為20000?40000g/mol。所述的碳纖維為表面經(jīng)電化學(xué)聚合法處理過(guò)的碳纖維，其處理工藝包括:以碳纖維作陽(yáng)極、不銹鋼板作陰極，電聚合液為初始陰離子濃度在0.2?3.0mol/L的苯乙烯馬來(lái)酸酐的銨鹽水溶液，溫度4°C?28 °C，循環(huán)伏安電位在-0.8?0.3V，處理時(shí)間30?200分鐘，使碳纖維表面沉積形成一層聚合膜，并用水清洗和干燥后所得到的碳纖維。
[0015]制備方法:(I)、將PC樹(shù)脂在鼓風(fēng)干燥機(jī)中于110°C?130°C溫度下干燥3?4小時(shí)，有機(jī)蒙脫土在60°C?80°C下干燥30?45分鐘,待用；(2)、碳纖維表面處理:以碳纖維作陽(yáng)極、不銹鋼板作陰極，電聚合液為初始陰離子濃度在0.2?3.0mol/L的苯乙烯馬來(lái)酸酐的銨鹽水溶液，溫度4°C?28°C，循環(huán)伏安電位在-0.8?0.3V，處理時(shí)間30?200分鐘，使碳纖維表面沉積形成一層聚合膜，并用水清洗和干燥后，待用；(3)、按重量配比稱(chēng)取干燥的PC樹(shù)脂和步驟(2)得到的表面經(jīng)電聚合法處理過(guò)的碳纖維，加入高速混合機(jī)，攪拌2?15分鐘，然后加入按重量配比稱(chēng)取的有機(jī)蒙脫土、丙烯腈-苯乙烯共聚物接枝甲基丙烯酸縮水甘油酯(AS-g-GMA)、受阻酚類(lèi)抗氧劑1010與亞磷酸酯類(lèi)抗氧劑16